最佳管理措施(Beneficial management practices，BMP)是为了控制和削减非点源污染，防止水土流失、保护土壤资源，改善水质及流域生态环境而采取的一系列措施。如何对流域管理措施进行空间优化配置，达到最优的环境和经济效益，是当前流域管理和水环境保护研究的前沿和热点。流域最佳管理措施空间配置优化（BMP优化）是通过定量评价所生成的多种管理措施组合方案的环境、生态和经济效益，探索适用于当地的流域最佳管理措施及其空间配置方案，为流域管理和生态环境保护提供决策支持。　　在实际流域中进行BMP选择和优化配置时，通常上游管理单元措施的选择一定程度上由其下游单元措施的选择决定，例如下游管理单元实施了草地过滤带措施，则上游管理单元就不用实施等高耕作或者免耕措施，因此，BMP优化应该考虑管理单元的上下游关系。现有的BMP优化方法有两种，一种是根据专家经验和关键源区识别，在一定程度上考虑了管理单元上下游关系来设计BMP方案，然后通过流域模型模拟评价进行择优选择，但是方案评价时大多采用半分布式流域模型，无法模拟方案中管理单元的空间相互作用（如上游排污对下游的影响）;另一种是基于智能优化算法对流域BMP空间配置方案进行优化，但是由于优化算法以随机法生成初始种群（初始解），根据模型评价结果来引导产生新种群（新解）进行BMP配置优化，而使用的模型在现有研究中多是采用半分布式流域模型，采用的随机法也忽略了管理单元的上下游关系。综上所述，现有的两种BMP优化方法没有充分考虑管理单元的上下游关系及其空间相互作用。　　针对上述问题，本文以遗传算法(ε-NSGA-Ⅱ)和一个全分布式流域模型(Spatially ExplicitIntegrated Modeling，SEIM)为基础，以具有上下游关系的地块为管理单元，结合BMP在地块上的配置规律和专家经验，提出了一种考虑上下游关系的BMP优化方法。　　考虑管理单元（地块）上下游关系的BMP优化方法的研究内容，主要包括以下三个部分:　　(1) BMP在全分布式模型中的表达　　全分布式模型能够模拟水文、侵蚀等自然过程中的水、污染物在空间单元上产生和随着流路逐栅格迁移的状态，BMP在全分布式模型中的表达应该要体现它对不同自然过程的影响。例如，某个地块上实施了某种BMP，那么模型模拟前，对此地块（空间位置）上代表BMP属性的某些参数，如坡度、土地利用和水力传导率等进行改变，以此来描述该BMP的实施对当前地块的产流、汇流及泥沙迁移等过程的影响。本文根据现有相关文献，以上述修改参数的方法，实现了免耕、退耕还草两种BMP在SEIM模型中的表达。因此，这种表达方法能够体现BMP在上游地块上实施时对下游地块产生的影响。　　(2)空间上下游关系的地块划分方法　　地块划分方法的基本思想如下:由DEM根据D8算法生成的流向栅格图，与土地利用（或植被类型）栅格图“叠加”来划分具有上下游关系的地块。首先，根据流向图构建流向关系树形结构，同时在树形结构中记录每个栅格的ID号（ID与空间位置相对应）;其次，将土地利用图中每个栅格的ID号与树形结构中相同ID的栅格叠加，形成具有土地利用信息和流向关系的树形结构;最后，将相同土地利用的栅格合并，最终形成具有上下游关系、单一土地利用的地块。用该方法划分的地块与传统的地块相比，具有以下特点:①地块内所有栅格具有单一的土地利用类型;②地块与地块之间具有明确的上下游关系。　　(3)考虑上下游关系的种群初始化方法　　该方法应用的前提是将进行BMP配置的流域划分为具有明确上下游关系的地块，然后，提取BMP配置规律或知识，并转化为上下游关系的配置规则，最后将该规则应用于ε-NSGA-Ⅱ算法的种群初始化过程，以此来生成遗传算法的初始解。该方法体现了BMP在上下游地块上配置时的空间相互作用，与随机法生成初始解的传统方法相比，可提高解的质量，有助于算法收敛，快速找到较优的解。　　本文以ε-NSGA-Ⅱ算法和增加侵蚀模块后的SEIM模型为基础，在种群初始化时，考虑上下游关系生产初始BMP情景，并以最大化泥沙削减率和最小化BMPs成本为优化目标，选择加拿大中部Manitoba省的South Tobacco Creek流域的Steppler子流域作为研究区进行案例研究。为验证本文提出的考虑上下游关系的BMP优化方法，设计了一个对比实验，即在其它条件完全相同的情况下，BMP优化算法ε-NSGA-Ⅱ在种群初始化时，采用随机函数法生成BMP情景的方法与本文提出的方法进行对比，设计三组实验，种群规模分别设为60、100、200，每组试验地块数目分别为29、52、79。得到的主要结论如下:　　(1)种群规模为60和100的两组实验中，本文提出的考虑上下游关系的BMP优化方法比传统的方法好;　　(2)种群规模为200，且地块数目为52和79时，本文提出的方法仍比传统的方法好，但是，在地块数目相对较少时（29个地块），可分两种情况:①进化代数少时（2代、10代），本文提出的方法较好;②进化代数较多时（50代、100代），本文的方法得到的结果与传统方法的结果类似。　　(3)地块划分的数目对本文提出的考虑上下游关系的BMP优化方法的影响不大，但相对而言，地块数目越多，应用该方法获得的最优解越好。　　综上所述，本文提出的考虑上下游关系的BMP优化方法适合于种群规模较少时的BMP优化，或者种群规模较大且地块划分的数目较多时的BMP优化。